ushover鋼筋混凝土非線性哈工大

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震分析方法彈塑性靜力（Pushover分析）彈塑性動力（時程反應分析）建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求是：具有足夠的剛度和承載力來抵御小震，具有足夠的變形和耗能能力來抵御大震?；诔休d力的抗震設(shè)計不能預估結(jié)構(gòu)的變形能力以及結(jié)構(gòu)在大震時的實際行為，而采用位移作為結(jié)構(gòu)在大震作用下的控制目標則更為合理。因此，基于位移的抗震設(shè)計(Displacement-BasedSeismicDesign，DBSD)是今后抗震設(shè)計的主要發(fā)展方向。美國加州結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會（SEAOC）1995年提出。受到美國、日本、歐洲、等國普遍重視。十多年來，各國進行了大量的科研和實踐工作。已經(jīng)被多國以規(guī)范的形式確認。是我國抗震研究和實踐的重要方向。

基于性能設(shè)計Performance-BasedDesign現(xiàn)狀基于性能設(shè)計就是使設(shè)計出的結(jié)構(gòu)在未來的災害（如地震）作用下維持所要求的性能水平，一般是指基于性能的抗震設(shè)計。何為基于性能的設(shè)計?基于性能抗震設(shè)計的三個主要方面性能目標的確定和應用基于性能抗震設(shè)計的理論框架和實現(xiàn)方法基于性能抗震設(shè)計的具體實踐和發(fā)展趨勢

抗震性能目標（美國FEMA273）aeimklhgdcbfjnpo性能目標性能目標增高2％10％20％50％接近倒塌生命安全立即入住正常使用結(jié)構(gòu)性能要求增加地震烈度增加50年超越概率美國應用技術(shù)委員會（AppliedTechnologyCouncil,ATC）美國聯(lián)邦緊急事務管理署（FederalEmergencyManagementAgency,FEMA273）為什么要做靜力或動力彈塑性分析？你知道自己設(shè)計的結(jié)構(gòu)能抵抗多大的地震嗎？你知道自己設(shè)計的結(jié)構(gòu)在大震時什么地方先破壞嗎？你知道自己設(shè)計的結(jié)構(gòu)是先發(fā)生剪切破壞還是彎曲破壞？結(jié)構(gòu)屈服后還能抵抗多大的地震力和變形？你用實配鋼筋驗算過“強剪弱彎”、“強柱弱梁”嗎？大震下要結(jié)構(gòu)要保持彈性需要多大截面和配筋？靜力推覆分析是結(jié)構(gòu)分析模型在一個沿結(jié)構(gòu)高度為某種規(guī)定分布形式且逐漸增加的側(cè)向力或側(cè)向位移作用下，采用荷載控制或位移控制的方式，在加載過程中根據(jù)構(gòu)件屈服程度不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，直至結(jié)構(gòu)傾覆，得到結(jié)構(gòu)的基底剪力—頂點位移曲線。靜力彈塑性(Pushover)分析方法VbUNPush-overCurveLoadvsDeflectionUNFVb結(jié)構(gòu)的響應與等效的單自由度體系相關(guān)，實際計算時認

為結(jié)構(gòu)的響應僅由第一振型控制；結(jié)構(gòu)沿高度的變形由形狀向量表示，且在整個地震反應

過程中，結(jié)構(gòu)的形狀向量保持不變。這兩個假定都是沒有理論依據(jù)，但研究表明：對于反應主要由第一振型控制的結(jié)構(gòu)，Pushover分析方法可以比較準確、簡便地評估結(jié)構(gòu)的抗震性能。靜力彈塑性分析的兩個基本假定靜力彈塑性分析的基本原理多自由度體系在地震作用下的振動微分方程x(t)為各樓層相對地面的水平側(cè)移向量；M和C分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和阻尼矩陣；R為結(jié)構(gòu)的恢復力；

是單位矩陣；

是地震動加速度時程。由Pushover方法基本假定（2）可知，結(jié)構(gòu)的高度變形由結(jié)構(gòu)的形狀向量{Φ}表示，并且在整個加載過程中，結(jié)構(gòu)的形狀向量是固定不變的。假定結(jié)構(gòu)的相對位移向量可由結(jié)構(gòu)頂點位移xtop和形狀向量{Φ}表示：令等效單自由度體系參考位移為將多自由度體系等效為單自由度體系的目的：以單自由度體系的彈性、彈塑性反應反推多自由度體系的彈性、彈塑性反應。優(yōu)點：利用反應譜進行彈性范圍內(nèi)的計算，單自由度體系在理論上是嚴密的;可以將反應譜的概念推廣到彈塑性階段，亦即所謂的“彈塑性反應譜”；針對單自由度體系的工作量大大少于針對多自由度體系的工作量。上述這種基于振型向量與結(jié)構(gòu)反應水平無關(guān)的等效方法最為常見。Push-over的基本問題可以概括為三個方面:如何求得結(jié)構(gòu)的能力曲線?如何確定結(jié)構(gòu)的目標位移?如何對計算結(jié)果進行評價?結(jié)構(gòu)能力曲線的計算包括兩個方面的主要內(nèi)容一計算模型的建立二側(cè)向力的分布形式基于平截面假定，將梁柱的內(nèi)力-變形關(guān)系轉(zhuǎn)化成混凝土與鋼筋的單軸應力-應變關(guān)系。結(jié)構(gòu)計算模型—纖維模型結(jié)構(gòu)能力曲線的分析步驟（1）建立結(jié)構(gòu)的計算模型，模型中應考慮所有對結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量、強度以及抗震性能有重要作用的構(gòu)件。然后給結(jié)構(gòu)加上重力荷載。（2）施加沿高度分布的某種水平荷載

靜力彈塑性分析時所采用的水平側(cè)力加載模式代表結(jié)構(gòu)上地震慣性力的分布，水平側(cè)力加載模式直接影響分析結(jié)果。水平側(cè)力加載模式主要有均勻加載、倒三角形加載、拋物線加載和變振型加載。

(a)倒三角形加載(b)指數(shù)分布加載(c)均勻加載(d)變振形加載

由于在一種固定荷載分布方式作用下不可能預測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各種變形情況，因此建議至少用兩種固定的側(cè)向荷載分布方式來進行彈塑性分析。較低的結(jié)構(gòu)可采用倒三角形加載和基本振形加載方式中的一種，與均勻加載組成兩種加載方式；高層結(jié)構(gòu)可采用倒三角形加載，與均勻加載或變振型加載方式中的一種組成兩種加載方式。(a)倒三角形加載(b)指數(shù)分布加載(c)均勻加載(d)變振形加載均勻加載此模式適宜于剛度與質(zhì)量沿高度分布較均勻，且薄弱層為底層的結(jié)構(gòu)。(a)倒三角形加載(b)指數(shù)分布加載(c)均勻加載(d)變振形加載倒三角加載（底部剪力法模式）此模式適宜于高度不大于40米，以剪切變形為主且剛度與質(zhì)量沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)。(a三)倒三三角形三加載(b三)指數(shù)三分布加載(c三)均勻三加載(d三)變振三形加三載指數(shù)三分布三加載三模式此模三式可三較好三地反三映結(jié)三構(gòu)高三階振三型的三影響三。(a三)倒三三角形三加載(b三)拋物三線加三載(c三)均勻三加載(d三)變振三形加三載變振三型加三載（SR三SS法）利用三前一三步加三載獲三得的三結(jié)構(gòu)三周期三與振三型，三采用振型三分解三反應三譜法確定三結(jié)構(gòu)三各樓三層的三層間三剪力三，再三由各三層層三間剪三力反三算出三各層三的水三平荷三載，三作為三下一三步施三加的三水平三荷載三模式三，考三慮了三地震三過程三中結(jié)三構(gòu)上三慣性三力的三分布三，比三較合三理但三工作三量大三為增三加。（3）隨著三側(cè)向三荷載三的增三加，三結(jié)構(gòu)三薄弱三部位三的構(gòu)三件達三到屈三服，三此時三對屈三服的三構(gòu)件的剛度三予以三修正三，然三后繼三續(xù)增三加側(cè)三向荷三載直三至有三新的三構(gòu)件三屈服三。1:將已三達到三抗彎三強度三的梁三、柱三、剪三力墻三等受三彎構(gòu)三件的三末端三設(shè)置三為鉸三接點;2:將樓三層上三已達三到抗三剪強三度的三剪力三墻去三掉;3:將已三經(jīng)屈三曲、三且屈三曲后三強度三下降三很快三的支三撐構(gòu)三件去三掉;4:對于三那些三剛度三己降三低，三但可三承受三更多三荷載三的構(gòu)三件，三則修三改其三剛度三特性三。（4）累加三各個三加載三階段三的力三和變?nèi)?，三就可三以獲三得所三有構(gòu)三件在三所有三加載三階段三的總?cè)齼?nèi)力三和總?cè)冃?。不斷三重復三步驟(3三)直到三結(jié)構(gòu)三的側(cè)三向位三移達三到預三定的三目標三位移三，或三者結(jié)三構(gòu)中三出現(xiàn)三的塑三性鉸三過多三成為三機構(gòu)三。方法優(yōu)缺點應用程序主要特點靜力彈塑性分析（push-over）1、優(yōu)點：方法簡單，便于理解。與動力時程分析法相比，Pushover方法概念清晰，實施相對簡單，迅速找到結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而完善抗震設(shè)計。2、不足：和實際結(jié)構(gòu)的動力大震反應有一定差異，只能定性進行計算和整體把握，作為大震設(shè)計的參考。MIDAS/Gen

能直接做剪力墻結(jié)構(gòu)——實現(xiàn)便利，結(jié)果穩(wěn)定，易于掌控。SAP2000、ETABS適用于桿系結(jié)構(gòu)——墻需用支撐框架代替，實現(xiàn)起來較復雜。PKPM系列能直接做剪力墻結(jié)構(gòu)動力彈塑性分析1、優(yōu)點：能較真實地反映結(jié)構(gòu)在時程地震波下的耗能狀況，從而判斷結(jié)構(gòu)的抗震性能。2、不足：對軟硬件要求比較高，計算時間很長；對使用人員技術(shù)水平要求較高。ABAQUS采用纖維墻元模型——程序復雜，價格昂貴，需組建專業(yè)團隊。MIDAS/Gen適用于桿系結(jié)構(gòu)——大跨場館、框架等，采用纖維模型。Perform3D采用纖維墻元模型——全英文、手動命令輸入，對操作者要求高，適用于科研院校等。PKPM系列可以做墻元?！僮鞅憷藶榭筛深A性較弱。主要三分析三程序Pu三sh三ov三er分析三可以三全面三了解三結(jié)構(gòu)三構(gòu)件三在任三意側(cè)三向荷三載分三布下三加載三全過三程的三內(nèi)力三及變?nèi)吻槿龥r，三通過三塑性三鉸出三現(xiàn)的三先后三順序，不僅三可以三判別三結(jié)構(gòu)三是否三符合三強柱三弱梁三，還三能發(fā)三現(xiàn)結(jié)三構(gòu)的三薄弱三部位三。如何三利用Pu三sh三ov三er能力三曲線三來確三定不三同地三震作三用下三結(jié)構(gòu)三的目三標位三移，進而三對結(jié)三構(gòu)的三抗震三性能三作出三評價三，目三前主三要有三以下三兩種三：美三國AT三C-三40采用三的能力三譜法，美三國FE三MA三-2三73推薦三的等效三位移三系數(shù)三法。目標三位移三反映三了結(jié)三構(gòu)在三特定三地震三作用三水平三下可三能達三到的三最大三位移三，問三題的三核心三實際三上是反應三譜(需求三譜)的確三定。地震三影響三系數(shù)三反應三譜---結(jié)構(gòu)周期---特征周期特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場地類別能力三譜法將Pu三sh三ov三er能力三曲線三轉(zhuǎn)化三為能力三譜曲線。Pushover曲線能力譜曲線能力譜位移Sd頂點位移Dt(Sdt,sat)基底剪力Vb能力譜加速度Sa這種三方法三需要三構(gòu)造三兩條三曲線三，一三條代三表結(jié)三構(gòu)抵三抗水三平力三的能三力，三另一三條代三表地三震動三的需三求。三譜位三移為三橫坐三標，三譜加三速度三為縱三坐標三，AD三RS格式（Ac三ce三le三ra三ti三on三D三is三pl三ac三em三en三t三Re三sp三on三se三S三pe三ct三ru三m）Gi為結(jié)三構(gòu)第i樓層三重量Xi1為基三本振三型在三第i層的三位移G為結(jié)三構(gòu)總?cè)亓縑為結(jié)三構(gòu)基三底剪三力Δto三p為結(jié)三構(gòu)頂三層位三移Sa為能三力譜三加速三度Sd為能三力譜三位移Pushover曲線能力譜曲線能力譜位移Sd頂點位移Dt(Sdt,sat)基底剪力Vb能力譜加速度Sa有效三質(zhì)量三比振型三參與三系數(shù)按下三式由抗震三規(guī)范三地震三影響三系數(shù)三曲線三得到三需求三譜曲線。不同三阻尼三比對三應的三需求三譜性能三點：三通過三比較三兩個三譜曲三線，三得到三一個三交點——性能三點（pe三rf三or三ma三nc三ePo三in三t）。三性能三點的三狀況三，決三定著三結(jié)構(gòu)三的性三能水三平(p三er三fo三rm三an三ce三l三ev三el三)。等效三單自三由度三體系三的周期為當結(jié)三構(gòu)進三入塑三性階三段以三后，三結(jié)構(gòu)三的固三有黏三滯阻三尼及三滯回三阻尼三會導三致結(jié)三構(gòu)在三運動三過程三中產(chǎn)三生耗三能的三作用三，因三此需三要對三需求三譜進三行折三減。目標三位移三的確三定SaSd能力譜曲線PTA1A2SaSd能力譜曲線PTdpiapiEDEEaydy用雙三線型三代替三能力三譜曲三線的三條件三：A1=A2為阻三尼修三正系三數(shù)，三取0.三3~三1.三0為結(jié)三構(gòu)本三身固三有的三黏滯三阻尼為滯三回阻三尼為等三效黏三滯阻三尼ED為阻三尼所三消耗三的能三量（三圖中三虛線三部分三平行三四邊三形的三面積三）EE為最三大應三變能三（圖三中斜三線陰三影部三分的三三角三形的三面積三）將能三力譜三與需三求譜三放在三同一三個AD三RS坐標三中，如果三折減三后的三需求三譜與三能力三譜存在交點三，該三交點三即為三結(jié)構(gòu)三的性三能點三。最三后由三結(jié)構(gòu)三的性三能點三，再經(jīng)三轉(zhuǎn)化三即得到三結(jié)構(gòu)三的頂三點位三移，三相應三的結(jié)三構(gòu)變?nèi)渭慈秊榻Y(jié)三構(gòu)在三該地三震作三用下三的反三應。迭代三法求三解結(jié)三構(gòu)性三能點Ch三op三ra提出三的彈三塑性三反應三譜曲三線三（不三需要三迭代三求解三）R表示三由于三結(jié)構(gòu)三的非三彈性三變形三對彈三性地三震力三的折三減系三數(shù)等效三位移三系數(shù)三法是三通過三多個三系數(shù)三調(diào)整三等效三彈性三單自三由度SD三OF體系三在地三震作三用下三的彈三性位三移，三得到三相應三的多三自由三度MD三OF彈塑三性體三系的三頂點三目標三位移三。等效三位移三系數(shù)三法（三位移三修正三系數(shù)三法）為MD三OF體系三的頂三點目三標位三移為等三效彈三性SD三OF體系三的自三振周三期為等三效彈三性SD三OF體系三在相三應等三效周三期和三等效三阻尼三比下三的譜三加速三度為等三效彈三